Concepts immunologiques fondamentaux pour la compréhension de la

III.5.7.1. Structure des molécules du Complexe Majeure d’Histocompatibilité (CMH) et liaison avec le peptide

Les molécules du CMH ont pour fonction principale, de présenter des Ags, sous forme de fragments peptidiques aux LT, afin de les activer.

Les Ags intracellulaires (endogènes, s’exprimant à l’intérieur de la cellule) comme les protéines du soi (protéines en fin de vie, protéines tumorales) et les protéines virales codées par un génome viral intégré dans l’ADN de la cellule hôte, vont être dégradés par le protéasome et présentés par les molécules du CMH-I, aux LT CD8+ (Neefjes et al., 2011; Blum et al., 2013; Rock et al., 2016). Les molécules du CMH-I sont exprimées par l'ensemble des cellules.

Les protéines exogènes provenant soit d’agents pathogènes soit de corps apoptotiques, sont dégradées par les voies endosomales et présentées par les molécules du CMH de classe II (CMH-II), aux LT CD4+ (Neefjes et al., 2011). Contrairement aux molécules du CMH-I, l’expression des molécules du CMH-II est restreinte aux CPA telles que les macrophages, les CD et les cellules B.

Le CMH est appelé HLA (Human Leukocyte Antigen) chez l’homme et H-2 chez la souris. Dans ce qui suit, nous évoquerons principalement le système HLA.

La molécule HLA-I est un hétérodimère formé d’une chaine lourde α, polymorphe, constituée de trois domaines: α1, α2 et α3 et de la β2 microglobuline, non polymorphe (Dausset, 1958; Bjorkman et al., 1987; Melief et Kessler, 2017)(Figure 11 A).Le site de liaison peptidique est constitué des domaines α1 et α2 qui forment une cavité dans laquelle va se loger le peptide. Cette cavité est fermée à ses 2 extrémités et accueille des peptides de 8 à 10 acides aminés (Figure 11 B).

La molécule HLA-II est également un hétérodimère composé d’une chaîne α et d’une chaîne β, associées d’une manière non covalente (Figure 11 C). Le site de liaison peptidique est constitué des domaines α1 et β1 qui forment une cavité dans laquelle se fixe le peptide antigénique. Contrairement à la molécule HLA-I, le site de liaison peptidique de la molécule HLA-II est ouvert aux extrémités et peut donc accueillir des peptides plus longs que ceux des molécules de classe I, variant entre 13 à 18 résidus (Figure 11 D).

Figure 11. Structure tridimensionnelle des molécules HLA-I et HLA-II

(Blum et al., 2013)

A/B : Structure de la molécule HLA-I (HLA-A2 associée aux résidus 58-66 de la protéine de matrice de virus de la grippe). Chaine lourde en Bleu, β2 microglobuline en gris, peptide en rouge.

C/D : Structure de la molécule HLA-II (HLA-DR1 associée aux résidus 306-318 de l’hémagglutinine du virus de la grippe). Chaine α en gris, chaine β en Bleu, peptide en Rouge

B/D : Les résidus hautement polymorphes des molécules HLA-A (B) et HLA-DR(D) sont colorés en Jaune.

Les molécules HLA sont très polymorphes. Les chaines α des molécules HLA-I, sont codées par trois gènes classiques, HLA-A, HLA-B et HLA-C, tous trois dotés d’un important polymorphisme allélique (Bjorkman et Parham, 1990; Williams, 2001) (hla.alleles.org). Les molécules HLA-II sont codées par 3 paires de gènes classiques, HLA-DR, HLA-DQ et HLA-DP, très polymorphes (Williams, 2001) (hla.alleles.org).

Le polymorphisme des molécules HLA est principalement localisé au niveau du site de liaison peptidique. Ce polymorphisme va déterminer la spécificité de liaison peptidique pour chacun des variants alléliques. Le répertoire peptidique présenté par les molécules HLA est principalement déterminé par la structure du site de liaison peptidique.

Ainsi, la fixation d’un peptide sur la molécule HLA dépend de la présence de résidus spécifiques à des positions bien déterminées le long du peptide. Ces résidus sont qualifiés de résidus d’ancrage et leurs chaînes latérales interagissent avec des poches situées dans le sillon de la molécule HLA (Sidney et al., 2008).

En dépit de leur polymorphisme, les différentes molécules HLA peuvent être regroupées en supertypes (groupe de molécules HLA pouvant lier des peptides similaires, donnant lieu à un certain chevauchement dans les répertoires de peptides liés à ces molécules) (del Guercio et

al., 1995; Sidney et al., 1995). Les allèles de classe I ont été classés en neuf supertypes distincts (A1, A2, A3, A24, B7, B27, B44, B58 er B62) qui couvrent la plupart du polymorphisme des molécules HLA-A et HLA-B (Tableau 6 et 7).Par exemple, le supertype A2 inclut 11 molécules apparentées reconnaissant des peptides ayant des résidus hydrophobes et aliphatiques en position 2 et en position C-terminale (Sidney et al., 2008). Par ailleurs, il a été rapporté que les supertypes A2, A3 et B7 pourraient fournir une large couverture de la population (Tableau 8) (Sette et Sidney, 1999).

Contrairement aux supertypes HLA-I, les supertypes HLA-II ont fait l'objet d’études moins approfondies à cause de la complexité de leur structure (Ou et al., 1998; Baas et al., 1999; Castelli et al., 2002; Lund et al., 2004; Doytchinova et Flower, 2005; Greenbaum et al., 2011). En 2011, Greenbaum et collaborateurs ont classifiés les différents allèles des molécules HLA-II en sept supertypes différents (Main DR, DR4, DRB3, Main DQ, DQ7, Main DP et DP2) (Greenbaum et al., 2011). Le Tableau 9 représente les différents allèles des molécules HLA-II les plus communs, classés en supertypes.

Ces données révèlent une grande flexibilité dans les interactions HLA/peptides. Une molécule HLA peut se lier à de nombreux peptides différents et certains peptides peuvent se fixer à plusieurs molécules HLA différentes (ils sont alors appelés « promiscuous peptides »

Tableau 7. Classification des allèles HLA-B en supertypes

Les tableaux 6 et 7 représentent la classification des allèles HLA-A et HLA-B en supertypes.

Certains allèles peuvent être associés à un ou plusieurs supertypes (neuf allèles ont des spécificités chevauchantes avec les supertypes A01 et A03 et dix autres allèles ont des spécificités chevauchantes pour les supertypes A01 et A24). Cependant, certains allèles ne sont attribués à aucun supertype connu (non classés). Les allèles en vert représentent le groupe de référence où le motif de liaison a été établi expérimentalement. Les allèles restants ont été classés selon la correspondance de leurs poches B et F à différents résidus: En Blanc: 2 correspondances parfaites, Jaune: une correspondance parfaite et une partielle, Gris: 2 correspondances partielles. Rouge: Aucune correspondance (allèles non classés)

L’identification d’épitopes T pouvant se lier à plusieurs allèles d’un même supertype serait donc d’un grand intérêt puisque la reconnaissance et la présentation de ces épitopes fournirait une bonne couverture vaccinale de la population humaine. Il est cependant à noter que les supertypes ne sont pas toujours prédictifs d’une fixation peptidique stable (Macdonald et al., 2003).

Tableau 8. Estimation de la couverture de la population mondiale par combinaison de différents supertypes HLA-I (Sette et Sidney, 1999)

Tableau 9. Classification des allèles HLA-II en supertypes (Greenbaum et al., 2011)

III.5.7.2. Processing et présentation des Antigènes par les molécules HLA - Interaction HLA-I/peptides et présentation croisée

La voie classique de la présentation par les molécules HLA-I implique l’apprêtement et la présentation de protéines intracellulaires. Dans le cytosol, la protéine est dégradée en peptides par un complexe enzymatique multi-protéique appelé protéasome (Figure 12). Les peptides générés vont être transportés vers le RE d’une manière active ATP-dépendante par le transporteur de peptides TAP. A ce niveau, l’hétérodimère TAP s’associe avec un certain nombre de protéines chaperons, comme la calreticuline, ERp57 et tapasine pour former le PLC ou Peptide Loading Complex, permettant de recruter et de stabiliser les molécules HLA- I vides de peptides, nouvellement synthétisées dans le RE. La fixation du peptide sur la molécule du HLA va s’accompagner de la dissociation des molécules chaperons.

cellulaire où il sera exposé aux LT CD8+ (Figure 12, cercle rouge).

Parallèlement à cette voie de présentation classique, les molécules HLA-I peuvent aussi se lier à des peptides provenant de protéines exogènes internalisées par endocytose ou phagocytose. Ce processus est la cross-présentation (Rock et Shen, 2005). La capacité du parasite

Leishmania à induire des cellules T CD8+ malgré sa présence à l’intérieur de la vacuole

parasitophore, est un exemple de présentation d’Ag exogènes par les molécules CMH-I

(Bertholet et al., 2006). Par ailleurs la fixation de peptides exogènes tels que ceux présents dans des vaccins peptidiques, aux molécules HLA-I, se ferait via cette voie de cross- présentation (Purcell et al., 2007) (Figure 12).

Figure 12. Interaction HLA-I-peptide: présentation classique et cross- présentation (Purcell et al., 2007)

Des peptides très affins aux molécules HLA-I, sont capables de se lier directement à ces dernières, à la surface de la CPA, sans nécessiter une internalisation par la cellule (a). Cependant, pour plusieurs peptides, la fixation sur la molécule HLA-I, requiert l’internalisation par la CPA, qui se ferait probablement par macropinocytose (Ackerman et al., 2003; Rock et Shen, 2005) (b). Les peptides internalisés peuvent alors, soit croiser la voie sécrétoire par la fusion des compartiments endosomaux (c) soit échapper à ce compartiment endosome/lysosome et rentrer dans le cytosol (d). Dans le cytosol, les peptides peuvent être directement transportés vers le RE ou être dégradés, de façon supplémentaire, par le protéasome puis être transportés vers le RE à l’aide des transporteurs TAP (e,f). Durant ces étapes, les peptides peuvent être exposés à une dégradation supplémentaire ou être détruits par des peptidases présentes dans le cytosol et dans le RE (g). Les peptides transportés dans le RE, se lient rapidement au sillon de fixation de la m

olécule HLA-I, avec l’aide de molécules chaperons (h). Le complexe HLA-I-peptide est alors protégé de la protéolyse et migre à la surface cellulaire à travers l’appareil de Golgi, pour être présenté aux cellules T CD8+ (i).

- Interaction HLA-II/peptides

d’une vingtaine d’AA. Les molécules de classe II néosynthétisées s’associent dans le RE où elles sont stabilisées en présence d’une chaine invariante li (protéine chaperon) (Figure 13). Cette protéine a pour rôle de protéger le site de fixation peptidique et de diriger la molécule du CMH-II vers les compartiments endosomaux au niveau desquels elle va rencontrer son ligand. Le complexe MHC-li migre à travers l’appareil de golgi vers un compartiment endosomal appelé MIIC (MHC class II compartment). La chaine li va subir une protéolyse progressive dans les endosomes, aboutissant à un peptide d’une vingtaine d’aa appelé CLIP (Class II-associated invariant chain peptide) qui maintient la cavité dans sa bonne conformation tout en empêchant la fixation de peptides libres. La libération du CLIP va permettre à la molécule HLA-II l’accueil, dans sa cavité, d’un peptide issu de la protéolyse endosomale. Ce complexe HLA-II-peptide migre à la surface cellulaire où il est présenté aux TCR des LT CD4+ (Figure 13). Les peptides très affins aux molécules HLA-II peuvent être directement liés à ces dernières sans dégradation préalable du peptide.

Figure 13. Présentation antigénique par les molécules HLA-II

I. Matériel